CN109333579A - 一种多级传动机构自锁式紧凑型机械臂关节 - Google Patents

Abstract

一种多级传动机构自锁式紧凑型机械臂关节，涉及单兵便携式无人作战平台设计领域；包括外壳、蜗轮、蜗杆、小齿轮、大齿轮、行星减速器、电机和编码器；其中，外壳内部设置有中空腔体；行星减速器水平沿轴向伸入外壳内部；电机的轴向一端与行星减速器同轴固定连接；编码器固定安装在电机的轴向另一端；蜗轮、蜗杆、小齿轮和大齿轮均设置在外壳的内腔中；其中，蜗杆套装在行星减速器的外壁；蜗轮设置在蜗杆的顶部，蜗轮与蜗杆啮合传动；小齿轮与蜗轮同轴固定安装；大齿轮设置在小齿轮的一侧，大齿轮与小齿轮啮合传动；本发明简单可靠实用性强，实现了小型化、轻量化、大负载、便携可靠的设计需求。

Description

一种多级传动机构自锁式紧凑型机械臂关节

技术领域

本发明涉及一种单兵便携式无人作战平台设计领域，特别是一种多级传动机构自锁式紧凑型机械臂关节。

背景技术

“单兵便携式无人平台”是一种小型地面无人作战***，能够显著降低战争人员伤亡和提高综合作战效能。

排爆机器人是特种机器人领域中非常重要的研究方向，无论是在突击调查或在防爆作业中都离不开它的身影。它们可以在排爆期间执行相关操作或者与人类配合解决相关问题，从而避免人身安全直接或者间接受到威胁，能够进一步节省处理时间，防止事态进一步恶化。所以，这类机器人的地位逐渐得到提升，因此获得了大量专家学者的关注。

由于轻量化排爆机械臂应用场所和设计要求的特殊性，传统的以谐波减速器为核心传动机构的机器人关节明显不适合用作轻量化排爆机械臂的关节；传统机器人关节不能满足轻量化排爆机械臂关节的小型化、模块化、大负载力矩以及恶劣工作环境的设计要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种多级传动机构自锁式紧凑型机械臂关节，简单可靠实用性强，实现了小型化、轻量化、大负载、便携可靠的设计需求。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种多级传动机构自锁式紧凑型机械臂关节，包括外壳、蜗轮、蜗杆、小齿轮、大齿轮、行星减速器、电机和编码器；其中，外壳内部设置有中空腔体；行星减速器水平沿轴向伸入外壳内部；电机的轴向一端与行星减速器同轴固定连接；编码器固定安装在电机的轴向另一端；蜗轮、蜗杆、小齿轮和大齿轮均设置在外壳的内腔中；其中，蜗杆套装在行星减速器的外壁；蜗轮设置在蜗杆的顶部，蜗轮与蜗杆啮合传动；小齿轮与蜗轮同轴固定安装；大齿轮设置在小齿轮的一侧，大齿轮与小齿轮啮合传动；大齿轮同轴与外部法兰连接，实现动力传输。

在上述的一种多级传动机构自锁式紧凑型机械臂关节，所述行星减速器的减速比为16：1。

在上述的一种多级传动机构自锁式紧凑型机械臂关节，所述蜗轮与蜗杆的传动减速比为20：1。

在上述的一种多级传动机构自锁式紧凑型机械臂关节，所述小齿轮与大齿轮的传动减速比为5.75：1。

在上述的一种多级传动机构自锁式紧凑型机械臂关节，所述大齿轮传输至外部法兰的额定输出转矩为30N·m；大齿轮传输至外部法兰的最大输出转矩为 40N·m。

在上述的一种多级传动机构自锁式紧凑型机械臂关节，紧凑型机械臂关节的总减速比为1840：1。

在上述的一种多级传动机构自锁式紧凑型机械臂关节，所述大齿轮传输至外部法兰的转速为4.8rpm。

在上述的一种多级传动机构自锁式紧凑型机械臂关节，所述机械臂关节的重复定位精度为0.1°。

在上述的一种多级传动机构自锁式紧凑型机械臂关节，所述机械臂关节的质量为1.1kg。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明采用了行星减速器+涡轮蜗杆传动副+直齿轮传动副的三级传动机构作为关节的减速装置，关节达到了1840：1的大减速比，实现了小功率输入大转矩输出的关节设计需求，负载能力强；，

(2)本发明传动机构中的蜗轮蜗杆传动环节可实现关节传动链自锁，防止反向驱动，使得机构运行安全可靠，抗冲击震动能力强；

(3)本发明关节机械结构和电气***模块化设计，关节损坏后可以实现该关节的模块化快速更换，适应了战场的装备快速更换需求。

附图说明

图1为本发明机械臂关节整体示意图；

图2为本发明机械臂关节去壳示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本发明提供了一种多级传动机构自锁式紧凑型机械臂关节，采用了行星减速器+涡轮蜗杆传动副+直齿轮传动副的三级传动机构作为关节的减速装置，关节达到了1840：1的大减速比，实现了小功率输入大转矩输出的关节设计需求，负载能力强；而且传动机构中的蜗轮蜗杆传动环节可实现关节传动链自锁，防止反向驱动，使得机构运行安全可靠，抗冲击震动能力强；关节机械结构和电气***模块化设计，关节损坏后可以实现该关节的模块化快速更换，适应了战场的装备快速更换需求；并自主设计了屏蔽线缆，使得在小空间内排布了供电、通讯控制、视频流传输等电气连接线缆，并具有良好的电磁兼容性。

如图1所示为机械臂关节整体示意图，如图2所示为机械臂关节去壳示意图，由图可知，一种多级传动机构自锁式紧凑型机械臂关节，包括外壳1、蜗轮2、蜗杆3、小齿轮4、大齿轮5、行星减速器6、电机7和编码器8；其中，外壳1内部设置有中空腔体；行星减速器6水平沿轴向伸入外壳1内部；电机 7的轴向一端与行星减速器6同轴固定连接；编码器8固定安装在电机7的轴向另一端；蜗轮2、蜗杆3、小齿轮4和大齿轮5均设置在外壳1的内腔中；其中，蜗杆3套装在行星减速器6的外壁；蜗轮2设置在蜗杆3的顶部，蜗轮 2与蜗杆3啮合传动；小齿轮4与蜗轮2同轴固定安装；大齿轮5设置在小齿轮4的一侧，大齿轮5与小齿轮4啮合传动；大齿轮5同轴与外部法兰连接，实现动力传输。机械臂关节的质量为1.1kg。

行星减速器6的减速比为16：1；蜗轮2与蜗杆3的传动减速比为20：1；小齿轮4与大齿轮5的传动减速比为5.75：1；紧凑型机械臂关节的总减速比为1840：1。

大齿轮5传输至外部法兰的额定输出转矩为30N·m；大齿轮5传输至外部法兰的最大输出转矩为40N·m。大齿轮5传输至外部法兰的转速为4.8rpm。机械臂关节的重复定位精度为0.1°。

相对于常见的同等输出力矩的一体化关节，本发明中所述的关节体积小，重量轻，实现了轻量化设计；关节机械结构和电气***模块化设计，关节损坏后可以实现该关节的模块化快速更换；关节模块系列化，不同尺寸系列关节可适用不同场合的需求，关节系列应用覆盖面广；大减速比，实现小功率输入大转矩输出，负载能力强，图1中所示关节型号可以达到1840：1的大减速比；机构中有蜗轮蜗杆传动环节可实现自锁，防止反向驱动，使得机构运行安全可靠，抗冲击震动能力强；采用19位分辨率的绝对式编码器，定位精度高，并且避免了重新上电后关节需要重新找零的繁琐程序，避免找零过程中的误碰撞风险。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种多级传动机构自锁式紧凑型机械臂关节，其特征在于：包括外壳(1)、蜗轮(2)、蜗杆(3)、小齿轮(4)、大齿轮(5)、行星减速器(6)、电机(7)和编码器(8)；其中，外壳(1)内部设置有中空腔体；行星减速器(6)水平沿轴向伸入外壳(1)内部；电机(7)的轴向一端与行星减速器(6)同轴固定连接；编码器(8)固定安装在电机(7)的轴向另一端；蜗轮(2)、蜗杆(3)、小齿轮(4)和大齿轮(5)均设置在外壳(1)的内腔中；其中，蜗杆(3)套装在行星减速器(6)的外壁；蜗轮(2)设置在蜗杆(3)的顶部，蜗轮(2)与蜗杆(3)啮合传动；小齿轮(4)与蜗轮(2)同轴固定安装；大齿轮(5)设置在小齿轮(4)的一侧，大齿轮(5)与小齿轮(4)啮合传动；大齿轮(5)同轴与外部法兰连接，实现动力传输。

2.根据权利要求1所述的一种多级传动机构自锁式紧凑型机械臂关节，其特征在于：所述行星减速器(6)的减速比为16：1。

3.根据权利要求2所述的一种多级传动机构自锁式紧凑型机械臂关节，其特征在于：所述蜗轮(2)与蜗杆(3)的传动减速比为20：1。

4.根据权利要求3所述的一种多级传动机构自锁式紧凑型机械臂关节，其特征在于：所述小齿轮(4)与大齿轮(5)的传动减速比为5.75：1。

5.根据权利要求4所述的一种多级传动机构自锁式紧凑型机械臂关节，其特征在于：所述大齿轮(5)传输至外部法兰的额定输出转矩为30N·m；大齿轮(5)传输至外部法兰的最大输出转矩为40N·m。

6.根据权利要求5所述的一种多级传动机构自锁式紧凑型机械臂关节，其特征在于：紧凑型机械臂关节的总减速比为1840：1。

7.根据权利要求6所述的一种多级传动机构自锁式紧凑型机械臂关节，其特征在于：所述大齿轮(5)传输至外部法兰的转速为4.8rpm。

8.根据权利要求7所述的一种多级传动机构自锁式紧凑型机械臂关节，其特征在于：所述机械臂关节的重复定位精度为0.1°。

9.根据权利要求8所述的一种多级传动机构自锁式紧凑型机械臂关节，其特征在于：所述机械臂关节的质量为1.1kg。